(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地理的領域に渡って複数の異なる位置にアンテナが置かれた協調型シグナリングＭＩＭＯシステム、において実行される方法であって、
前記システムが、複数のコントローラを備え、
前記複数のコントローラそれぞれがアンテナセットを有し、
前記アンテナセット内の各アンテナが、割当てに従って、周波数及び／又は時間に渡って選択的にアクティブ化され、
それぞれのコントローラが、各アンテナを選択的にアクティブ化又は非アクティブ化する調整器、を含み、
前記方法は、
前記調整器が、選択的にアクティブ化又は非アクティブ化する１つ又は複数のアンテナへの電力割当てを、アクティブなときに各アンテナに周波数及び／又は時間の関数として指定する電力パターン、
を更に適用することを特徴とし、
アンテナを選択的にアクティブ化する処理が、
複数の地理的位置に置かれた、コントローラに関連するアンテナのセットについて、
第１のパターンが、第１の周波数上の第１の複数のアクティブアンテナ、及び当該アクティブアンテナの各位置の電力レベルを指定し、
第２のパターンが、第２の周波数上の第２の複数のアクティブアンテナ、及び当該アクティブアンテナの各位置の電力レベルを指定するように、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンを含む少なくとも２つの異なるアンテナパターンを、それぞれ異なる時間にアクティブ化させること、
を含む方法。
【請求項２】
前記アンテナを選択的にアクティブ化する処理が、時間及び周波数のうちの１つ又は両方に渡って、異なる割当て間で切り換えるサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
時間及び周波数のうちの１つ又は両方に渡って前記電力パターンを変更する処理をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電力パターンが、２つ以上の地理的位置の所与のコントローラのアンテナにそれぞれ異なる時間又は周波数上で異なる電力レベルを使用させるように変更される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電力パターンが、コントローラに関連するアンテナグループについて、アクティブアンテナの或るサブセットが、アクティブアンテナの別のサブセットより比例的に少ないアンテナ当たり電力を使用することを指定する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
アクティブアンテナ当たり電力レベル及びアンテナアクティブ化パターンが、同じ時間及び周波数上でアクティブなそれぞれ異なるアンテナグループによって異なることがあり、前記異なるアンテナグループのそれぞれがコントローラに関連付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各割当ての各アンテナのアンテナ当たり電力レベルが、周波数によって、又は時間スロットによって異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アンテナを選択的にアクティブ化する処理が、
コントローラが物理的なアンテナを共有するが、それぞれ異なる時間及び／又は周波数リソース上で前記アンテナをアクティブ化する重複型アンテナセットシステムとして前記協調型シグナリングＭＩＭＯシステムが動作するように、またコントローラのクラスタに渡って補足的なアンテナアクティブ化パターンが生じるように、前記複数のアンテナグループの選択的なアクティブ化を調整するサブステップ、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アンテナを選択的にアクティブ化する処理が、３つ以上の周波数を使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電力パターンの電力割当て、及びアクティブ化されているアクティブアンテナの割当てを適応させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
各クラスタにおいて、少なくとも２つのサイト（ｓｉｔｅ）の第１のセット上のアンテナが、第１の周波数上ですべてアクティブであり、当該第１のサイトセットとは異なる第２のサイトセットが、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数上ですべてアクティブである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
複数の協調型コントローラを備える協調型シグナリングＭＩＭＯシステムであって、
前記複数のコントローラそれぞれがアンテナセットを有し、
前記セット内の各アンテナが、割当てに従って、周波数及び／又は時間に渡って選択的にアクティブ化され、
それぞれのコントローラが、各アンテナを選択的にアクティブ化又は非アクティブ化する調整器を含み、
前記調整器は、
前記調整器が選択的にアクティブ化又は非アクティブ化する１つ又は複数のアンテナへの電力割当てを、アクティブなときに各アンテナに周波数及び／又は時間の関数として指定する電力パターン、
を更に適用し、
アンテナを選択的にアクティブ化することが、
複数の地理的位置に置かれた、コントローラに関連するアンテナのセットについて、
第１のパターンが、第１の周波数上の第１の複数のアクティブアンテナ、及び当該アクティブアンテナの各位置の電力レベルを指定し、
第２のパターンが、第２の周波数上の第２の複数のアクティブアンテナ、及び当該アクティブアンテナの各位置の電力レベルを指定するように、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンを含む少なくとも２つの異なるアンテナパターンを、それぞれ異なる時間にアクティブ化させる、
協調型シグナリングＭＩＭＯシステム。
【請求項１３】
前記アンテナを選択的にアクティブ化することが、時間及び周波数のうちの１つ又は両方に渡って、前記割当て間で切り換えることを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
時間及び周波数のうちの１つ又は両方に渡って前記電力パターンを変更する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システム内で複数の調整器によって実施される選択的なアクティブ化を制御するシステムコントローラをさらに備え、前記調整器のそれぞれが、クラスタ内の複数のコントローラのうちの１つにそれぞれが関連する前記複数のアンテナセットの前記アクティブ化を制御する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記調整器が、それぞれの関連するアンテナを選択的にアクティブ化又は非アクティブ化するように動作可能であり、非アクティブ化が、アンテナをゼロ入力信号で駆動し、又はアンテナを停止することによって達成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記調整器が、前記電力パターンの電力割当て、及びアクティブ化されているアクティブアンテナの割当てを適応させるように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
各クラスタにおいて、少なくとも２つのサイトの第１のセット上のアンテナが、第１の周波数上ですべてアクティブであり、当該第１のサイトセットとは異なる第２のサイトセットが、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数上ですべてアクティブである、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
[0001]本特許出願は、２００９年５月２７日に出願された、対応する米国特許仮出願第６１／１８１５９５号、「Ａ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｅｒ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｏｒ  Ｐｅｒ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｇｒｏｕｐ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＭＩＭＯ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」の優先権を主張し、また参照により同特許を組み込む。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、多入力多出力（ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）無線システムの分野に関し、より詳細には、本発明の実施形態は、複数のユーザを含むカバレッジエリアにサービスするためにいくつかの調整型／協調型シグナリングアンテナが使用される技法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]一部の無線通信システムでは、アンテナのグループ（たとえば１組の協調基地局に渡る複数のアンテナ）は、送信の際に協力して、カバレッジエリア内に含まれたユーザに一緒にサービスする。それぞれ異なるグループに属するアンテナは、シグナリングの時点で協力せず、また異なるグループが、同じ送信リソース、たとえば同じ周波数を同時に使用することがあると見なされる。したがって、（局又はアンテナの）それぞれ異なるグループは一般に、無線チャネルを介して互いに干渉する。
【０００４】
[0004]干渉は、無線媒体の共通のブロードキャストの性質が付与された多くの無線伝送システムでは共有のよく知られた固有の問題である。この場合、それぞれ異なる送信機（それぞれ異なるアンテナグループ）が共通の媒体を共有し、時間及び周波数において同時送信が生じる場合、ユーザ端末は、そのサービス提供側の１つ又は複数の伝送サイトからの意図された信号だけでなく、他のユーザにサービスしている送信機からの（現在干渉を形成している）信号をも見る。干渉は、ユーザがサービスを受け得るレートを著しく制限することがある。
【０００５】
[0005]干渉の有害な影響について理解するために、ユーザ又はカバレッジエリアがサービスを受け得る（およそ）最も高い（達成可能な）レートについて考慮されたい。この上限レートは、一般に、
シングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）システムでは、（ｍｉｎ（Ｍ，Ｎ）×（１／Ｆ））ｌｏｇ２（１＋ＳＩＮＲ）、
マルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）システムでは、（Ｍ×（１／Ｆ））ｌｏｇ２（１＋ＳＩＮＲ）
というビット／秒／Ｈｚ単位の式のおよそのシステム（上限）容量に関してモデル化することができる。なお、各ユーザが単一のＮ＝１個の受信アンテナを有する。
【０００６】
[0006]本発明の目的のために、「Ｍ」は、ユーザにサービスする送信アンテナの数であり、「Ｎ」は、ユーザの端末上の受信アンテナの数であり、「１／Ｆ」は、ユーザにサービスするために（全体から）使用される周波数の割合であり、「ＳＩＮＲ」は、
【数１】
0005653422.tif 000002
の一般的な式を有する、ユーザが見る信号対干渉雑音比である（マルチユーザシステムでは、異なるユーザごとに異なるＳＩＮＲがある）。
【０００７】
[0007]上記数式は、あらゆるシナリオに関して正確であるとは限らないことに留意されたい。しかし、上記数式は、下記の説明のために、様々な共通の設計要因に関する傾向を表している。特に、システム性能に影響を及ぼす要因は、「ｐｒｅ−ｌｏｇ」（すなわちｌｏｇ２（）の前）、たとえば「Ｍ」、「Ｎ」又は「Ｆ」、或いは「ｌｏｇ」（ｌｏｇ２（）内）の項、たとえばＳＩＮＲに関連する項と見なすことができる。２つのタイプの項が組み合わさって、各ユーザがサービスを受けることができ、またシステムが動作できるレートが粗く定義される。２つのタイプの項の間の相互作用は、下記に明らかになる。
【０００８】
[0008]ゼロ干渉の場合は、ＳＩＮＲ項は、多くのシステムにおいて優に２０、３０、…、６０ｄＢとなり得る。ここで、ＳＩＮＲ項は実際には、「信号対雑音」項ＳＮＲである。
【数２】
0005653422.tif 000003
システムがサポートできるレートは、こうした干渉がない場合ではかなり高く、たとえばＳＮＲ＝４０ｄＢの場合のｌｏｇ２（１＋ＳＮＲ）は、約１３．３ビット／秒／Ｈｚである。
【０００９】
[0009]しかし、非ゼロ干渉の場合は、干渉は、協力しない局（アンテナ）からの送信によって決まるレベルにある場合が多い。局がそれぞれ独立したメッセージを送信すると仮定すると、干渉レベルは実際には、ユーザに対して干渉するすべての局を介して放射されたすべてのエネルギーの和となることがあり、但し、信号が局から離れた後にユーザが見る正味信号強度は、信号が無線媒体内を伝播するにつれて経路損失及び他の影響によって減衰される。これにより、ＳＩＮＲ項は優に、ほぼ０ｄＢに、さらにはｄＢ領域で負になることがある。ＳＮＲが４０ｄＢの場合でも、ＳＩＮＲがほぼ０ｄＢであるならば、干渉がある状態のレートは、１３ビット／秒／Ｈｚより遥かに小さく、約ｌｏｇ２（１＋１）＝１ビット／秒／Ｈｚであることに留意されたい。
【００１０】
[0010]これが示すように、干渉なしの場合のサポート可能なレートは、干渉ありの場合のサポート可能なレートより著しく高くなることがあり、干渉を緩和する方法は最も重要である。
【００１１】
[0011]干渉を緩和するのに役立つ多くの解決策が提供されており、当業者に知られている。実際、セルラアーキテクチャの広く実施された考えは、周波数再利用の概念を使用することによって干渉を制御する。ここでは、同じ周波数を使用し、したがって互いに干渉する送信側基地局（ＢＳ：ｂａｓｅ−ｓｔａｔｉｏｎ）は、空間において地理的に分離されるようにも配置される。たとえば、理想的な２次元の６角形のトポロジでは、２つの隣接したセルが同じ周波数を使用しないことを保証することができる。これは、少なくとも３つの周波数グループを使用し、図１と同様に周波数グループを割り当てることによって行うことができる。これは、周波数再利用係数３システムである。これには、上記計算の項「１／Ｆ」を１／Ｆ＝１／３にする効果がある。
【００１２】
[0012]地理的な間隔配置において干渉をさらに遠くに移すと干渉は減少し、たとえば距離を２倍にすると、（１／２）ａ倍レベルが低下する。ここで、「ａ」は、しばしば２と４の間である経路損失指数である。ａ＝３の係数によって、１／８減少し、９ｄＢの減少がもたらされる。したがって、干渉は減少されるが、除去されず、ＳＩＮＲは増加する。
【００１３】
[0013]より高い周波数再利用係数を使用して、干渉する局をさらに地理的に分離することができる。これは、ユーザが見る干渉及びＳＩＮＲが、ある周波数上で適度になり得ることを保証するために、経路損失及び伝搬損失の増加をさらに活用する。
【００１４】
[0014]図２は、図１の同じ概念の単純な例である、１次元モデルと同様の再利用２システムを示している。こうした１次元モデルは、本明細書の考えを示す目的に好都合であり、２次元トポロジの考えの現在の考察を制限するものではない。
【００１５】
[0015]しかし、干渉減少のために周波数再利用を使用することは、容量数式のｐｒｅ−ｌｏｇ項として直接見られるように、項「（１／Ｆ）」に関して効率を犠牲の上に行われる。ｐｒｅ−ｌｏｇ項は、システムがサポートできるスループットに対して非常に直接的で強い効果を有する。
【００１６】
[0016]図１の例では、値１／Ｆ＝１／３である。したがって、本質的に周波数再利用の概念は、ｌｏｇ２（１＋ＳＩＮＲ）項を増加させるが、ｐｅｒ−ｌｏｇスケーリングを減少させる。そうする際に純利得が生じることがあるが、しばしば（またより高度なシステムでは）、「（１／Ｆ）」係数をできるだけ大きく（１近くに）保つことが好まれる。
【００１７】
[0017]そうする１つの方法は、フラクショナル周波数再利用（ＦＦＲ：ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｒｅｕｓｅ）を使用することである。フラクショナル周波数再利用では、局は、すべての周波数を使用することができる。しかし、帯域間で分割された不等電力がある。事実上、「（１／Ｆ）」項は、増加されるが、完全に１とは限らない。一例として、（分かりやすくするため）図３の１次元の図示について考慮されたい。（ＦＦＲの２次元バージョンが続くことに留意されたい。）この例は、２つの周波数を使用し、それぞれ異なる局への電力割当てを交互にする。「高」及び「低」電力は、平均して「名目（Ｎｏｍｉｎａｌ）」値になるものであり、すなわち
１／２高＋１／２低＝名目である。
たとえば、名目レベルが１（０ｄＢ）、高が１．８、低が０．２である場合、すべてのクラスタの平均電力は、Ｈｚ当たりのＢＳ当たり１である。
【００１８】
[0018]周波数再利用及びフラクショナル周波数再利用の概念は、送信電力の表に示すこともできる。便宜上、１次元モデルについて再び考慮されたく、これは、２次元の考えの考察を除外するものではないことに留意されたい。下記の表１では、「名目」信号レベルが、すべての局によってすべての周波数上で使用され、周波数再利用Ｆ＝１システムがある。もちろん、これは、セルのエッジにある図３のユーザ（ｂ）のような一部のユーザが、約０ｄＢのＳＩＮＲを見ることを意味する。
【表１】
0005653422.tif 000004
【００１９】
[0019]下記の表２では、周波数再利用２システム、１／Ｆ＝１／２が示されている。ここで、局間の地理的分離が増加するならば、干渉は減少する。事実上、これは、「低」＝０であり、局が「高」のとき、「高＝２×名目」で送信するシステムである。
【表２】
0005653422.tif 000005
【００２０】
[0020]下記の表３で、各周波数上の電力は、２つの非ゼロ値「高」と「低」の間で交互にされる。これによって、奇数番号の局が、周波数１のセルエッジで好ましいＳＩＮＲを有し、さらには偶数番号の局が、周波数２のセルエッジで好ましいＳＩＮＲを有することが可能となる。しかし、すべての局は、すべての周波数を使用することができ、その結果、この「フラクショナル周波数再利用」システムが、再利用１又は再利用２システムよりも良好なトレードオフをしばしば有することになる。
【表３】
0005653422.tif 000006
【００２１】
[0021]しかし、周波数再利用システムは、干渉を制御し、レートの利点をもたらすことに貢献できるにすぎない。ｐｒｅ−ｌｏｇ「１／Ｆ」項の効果による極端な効果は、これがなぜ当てはまるかを示しており、干渉の制御は、ｌｏｇ２（）内の項を増大させるにすぎず、それは、ｐｒｅ−ｌｏｇ項の減少を正当化するためにＳＩＮＲ項に大きい利点をもたらす。
【００２２】
[0022]セルラシステムを超えて性能を向上させる１つの方法は、当業者に知られている、クラスタ（協調型シグナリング）手法である。この概念を示すために、図４は、Ｃ＝３局／クラスタ、Ｍ＝３アンテナ／局の場合を示している。こうしたシステムでは、Ｃ（図４のＣ＝３）局のグループは、グループの送信を調整する。基地局当たりＭ個のアンテナがあると仮定する。極端には、Ｃ個の局を横断するＣＭ個のアンテナの共同グループは、クラスタ内のＣ個のセルに渡ってユーザに一緒にシグナリングする。これは、クラスタ内のいずれかのユーザによって見られる、クラスタ内の局から他のユーザへの送信による干渉がゼロ又は何らかの許容可能な（良好な）レベルに設定され得る方法で行うことができる。こうした干渉は、「クラスタ内干渉」と呼ばれる。こうしたシステムの基礎をなすシグナリングは、当業者に知られているマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ：Ｍｕｌｔｉ−Ｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ）システムである場合が多い。ゼロ強制線形ビーム形成（ＺＦＬＢ：Ｚｅｒｏ  Ｆｏｒｃｅｄ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）などＭＵ−ＭＩＭＯ技法は、クラスタ内の基地局からクラスタ内のユーザへのクラスタ内干渉をゼロに設定することができる。
【００２３】
[0023]クラスタ手法は、システム内のセルエッジを有効に取り除き（Ｃ−１）、いずれかのユーザによって見られる総干渉を減少させる。この時点でクラスタ間干渉だけが残り、すべてのセルエッジではなく、主として、クラスタエッジの問題となる。これにより、システム性能は、さらに１／Ｆ＝１として周波数再利用係数１を使用するセルラシステムよりも大きく向上させることができる。
【００２４】
[0024]またこのシステムは、クラスタの中心のユーザのために、実効的な最悪ケースの干渉局をさらに遠方に移動する。中心から、最も近い干渉局までの再利用１システム内の実効距離は、単に１セルの分離ではなく、約Ｃ／２セルの分離である。したがって、クラスタの中心、さらにはエッジの干渉は、この時点で多くの干渉局が空間内でさらに遠く押し出されるので減少させることができる。しかし、このシステムは、クラスタエッジが減少するとはいえ、依然としてエッジを有する。
【００２５】
[0025]この考えの延長が、重複したクラスタを使用することである。これは、図５のＣ＝３、Ｍ＝３アンテナ／局、及び３つの周波数帯を使用するケースについて示されている。調整の重複は、Ｇ．Ｃａｉｒｅ他、「Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ  ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ｗｉｔｈ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ  ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ：Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｉｎ  ｔｉｍｅ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  ｓｐａｃｅ」、Ｐｒｏｃ．第４６  Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．Ｃｏｍｍｕｎ．、Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ、Ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｏ，ＩＬ、２００８年１０月に記載されたように、時間、周波数、その組合せにおいて生じ得ることに留意されたい。便宜上、これについて、本明細書では周波数に関して述べられる。Ｇ．Ｃａｉｒｅ他、「Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ  ＭＩＭＯ  ｄｏｗｎｌｉｎｋ  ｗｉｔｈ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ  ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ：Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｉｎ  ｔｉｍｅ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  ｓｐａｃｅ」、Ｐｒｏｃ．第４６  Ａｌｌｅｒｔｏｎ  Ｃｏｎｆ．Ｃｏｍｍｕｎ．、Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ、Ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｏ，ＩＬ、２００８年１０月では、それは、時間における周期的パターンに関して記載されている。
【００２６】
[0026]図５に示されたようなシステムは、単にそれぞれ異なる周波数がそれぞれ異なるクラスタエッジを見る、やはり周波数再利用係数１システムであってよい。その考えは、各ユーザが、ユーザが好ましい干渉レベルを見る少なくとも１つの周波数（いくつかの時間に存在し得る調整パターン）、すなわちそのリソース上のクラスタエッジからユーザが遠く離れている１つのチャネルリソースを有するということである。
【００２７】
[0027]スケジューリングと組み合わされる場合、このシステムは、周波数が最もよいとき（時間）に、最もよい周波数上でだけユーザがサービスを受けることを保証することによって、図４よりも性能を大きく向上させることができる。
【００２８】
[0028]表１〜表３は、クラスタ内のそれぞれ異なる局が異なる電力レベルを見ることができるクラスタ構成に一般化することができる。たとえば、下記の表４は、クラスタの中央局が常に高い（それは、表３を単純にクラスタシステムに変換したものと同じではない）図４の電力割当てを示している。
【表４】
0005653422.tif 000007
これは、クラスタ協調型ケースの性能を高めることができる。
【００２９】
[0029]ここで、高値は、セルラシステムの「高」と同じものではないことに留意されたい。より正確には、高値は、は、別の「高２」の値である。同様に、低値は、新しい「低２」の値である。両方は、クラスタに関して、Ｈｚ当たりのＢＳ当たり平均電力が「名目」レベルとなるように選ばれる。表４では、これは、
２×低２＋４×高２＝６×名目を意味する。
これは、クラスタベースのシステムを向上させることができる。
【００３０】
[0030]しかし、確かに有用であるが、述べられた方法でクラスタベースの手法、及び電力マスクを行うのには１つの欠点がある。具体的には、電力マスクは、既存のアンテナセットに渡って電力を単に変更することによって干渉を制御する。
【００３１】
[0031]表４及び図４のクラスタ１の周波数２の場合では、それは、局１及び３（Ｃ＝３クラスタエッジ上）それぞれのＭ個アンテナが低レベルで動作していることを意味する（表４参照）。したがって、ビット／秒／Ｈｚの単位でこれらの局がシステムに追加している容量は、これらの「Ｍ」個のアンテナのそれぞれ（またすべて）に渡って一様に減少される。
【００３２】
[0032]この効果を理解する別の方法は、より低い電力は、システムの有効固有モード（モードの数＝アンテナの数）の間で分割し、したがって、アンテナによるサービスを受けるユーザの間で分割しなければならないことに留意することである。これは、周波数、アンテナ及び調整パターンに渡って送信電力プールを使用する最良の方法ではないことがある。
【００３３】
[0033]留意すべき別の技術オプションは、分散アンテナシステム（ＤＡＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｓｙｓｔｅｍ）の可能性である。こうした先行技術は、図６のようなカバレッジエリアを横断する規則的又は不規則なパターンでアンテナを地理的に分散させることを考慮する。この場合も、簡単にするために、１次元モデルが使用される。こうしたシステムでは、アクティブアンテナパターンは静的である。ＤＡＳシステムについて、表にも示すことができる。下記の図６及び表５に述べられるように、静的ＤＡＳシステムは、サービス側アンテナをユーザのより近くに持って来るのを可能にするにも拘らず、セルエッジの近くで干渉の増加を見ることもあるので、図４又は図５のようなクラスタシステムほど有効ではないことがある。こうしたトレードオフは、セルエッジユーザにとって不利益となることがあり、これらのユーザは、サービスを受ける必要がある。周波数再利用ケース及び係数「１／Ｆ」と同様に、局所領域のアンテナアクティブ化は、やはり容量のｐｒｅ−ｌｏｇ係数である「Ｍ」によってモデル化されることに留意されたい。
【表５】
0005653422.tif 000008
【発明の概要】
【００３４】
[0034]協調型シグナリング無線システム内の選択的アンテナアクティブ化のための方法及び装置が本明細書に開示される。一実施形態では、この方法は、地理的領域に渡って複数の異なる位置にアンテナが置かれた協調型シグナリングＭＩＭＯシステム（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  ｓｉｇｎａｌｉｎｇ  ＭＩＭＯ  ｓｙｓｔｅｍ）で使用するためのものであり、このシステムが、複数の異なる協調型ＭＩＭＯコントローラと、コントローラのそれぞれに通信可能に結合され得る複数のアンテナとを備え、この方法が、それぞれ異なる送信インスタンスで、協調型シグナリングＭＩＭＯシステム内の１つ又は複数のアンテナを選択的にアクティブ化して、システム内のコントローラのそれぞれに使用できるアンテナのうちどのアンテナサブセットがアクティブアンテナであるか変化させるステップと、選択的にアクティブ化される１つ又は複数のアンテナへの電力割当てをアンテナごと、又はアンテナグループごとに指定する電力パターン適用を含むステップと、アンテナアクティブ化及び各送信時間に割り当てられたアンテナ電力割当てに従って各コントローラの制御下で協調型ＭＩＭＯ伝送を実施するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
[0035]本発明は、以下に示された詳細な説明、本発明の様々な実施形態の添付の図面からより完全に理解されるが、しかしながら、それは、本発明を特定の実施形態に限定するものと解釈すべきでないが、説明及び理解のためのものにすぎない。
【図１】従来の周波数再利用係数３システム（２次元）を示す図である。
【図２】従来の周波数再利用係数２システム（１次元）を示す図である。
【図３】１次元のフラクショナル周波数再利用２を示す図である。
【図４】隣接したＣ＝３局が送信の際に協調／調整するクラスタ調整型システムを示す図である。
【図５】３つの周波数グループに渡って３つのパターンを使用した重複クラスタ調整型システムを示す図である。
【図６】それぞれ異なるアンテナ位置（又は局）に渡って静的アンテナ配置及び静的アクティブ化パターンが存在する分散アンテナシステムを示す図である。
【図７】パターンが周波数によって変化する、２つの周波数を使用して示された可変アクティブ化された（動的）アンテナシステムを示す図である。
【図８】可変アクティブ化されたアンテナシステムが調整の変更と組み合わされる１つの動作モードを示す図である。
【図９】１つの周波数上の１つのアンテナパターン上の（一部の）代表的なユーザを示す図である。
【図１０】アクティブアンテナの可変割当てのプロセスの一実施形態のフローチャートである。
【図１１Ａ】コントローラがアンテナグループを駆動するための技術を示す図である。
【図１１Ｂ】コントローラがアンテナグループを駆動するための技術を示す図である。
【図１１Ｃ】コントローラがアンテナグループを駆動するための技術を示す図である。
【図１２】時間及び周波数の複数のクラスタのトポロジに渡って行われるプロセスの一実施形態について示す、すべてのクラスタに渡って動作するシステムレベルのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
[0036]本発明の実施形態は、電力及びアンテナのリソースバランスの向上を達成して、それによってシステムの無線効率の向上を可能にするために、地理的領域に渡って分散されたアンテナが周波数及び／又は時間に渡って選択的にアクティブ化され、アクティブなときに各アンテナに電力が周波数及び／又は時間の関数として指定される方法を含む。一実施形態では、アクティブ化されるアンテナ、及びアンテナ当たりの電力は、干渉緩和の利点と、それぞれ異なるユーザのサービスニーズとのバランスを取る意図された有利な方法で、時間及び／又は周波数と共に変化する。具体的には、ユーザには他のユーザを犠牲にして利益が与えられることがあり、またそれらの同じユーザが、他のユーザの利益のために不利な状況に置かれることがある。電力をアンテナの数及び干渉レベルに正確に一致させることによって、無線リソースのよりよい使用を得ることができる。最終の結果は多くの場合、すべてのユーザにとって純利益となる。利点は、ｐｒｅ−ｌｏｇ２（）係数への損失をほとんど又は全く伴わずにｌｏｇ２（）内係数を向上させることによってしばしば見られる。
【００３７】
[0037]アンテナアクティブ化のこの変化は、各アンテナ制御デバイス内で事前決定されてもよいし、時間及び／又は周波数に渡って行われる方法で中央又は分散された１組のシステム要素によって適応的に制御されてもよい。こうした変化の良好なバランスによって、システムは、ある時間及び／又は周波数スロットで好ましいチャネルを各ユーザに提供することができる。さらに、それぞれ異なるｐｒｅ−ｌｏｇ（）項及びｌｏｇ（）内項の一般的な効果について考慮して、上述されたように電力リソースをアンテナの数に一致させることによって、時間及び／又は周波数に渡るアンテナ及び電力の良好なバランスを達成する（たとえば容量内のｐｒｅ−ｌｏｇ項とｌｏｇ項の両方の合理的なバランスを見つける）ことができる。アンテナの可変アクティブ化は特に、システムがサイト（局）の送信電力をそのサイトの複数のアクティブアンテナに最もうまく一致させることを可能にする。大まかには、電力は、アンテナの数にほぼ比例するはずであり、アンテナ当たりの電力が固定であることが示唆される。しかし、サポート可能なユーザレートを決定するｌｏｇ（）係数内の他の項に応じて、全体的な性能を向上させることができる不均一なアンテナ当たり電力割当てを有することができる。
【００３８】
[0038]可変アクティブ化、及び追加のアンテナ当たり電力の変化によって、任意の時間／周波数スロットでサイト当たりのアクティブアンテナ数が静的（固定のまま）である場合に比べて、総送信（電力）リソースをよりうまく使用することが可能となる。換言すると、（図４、図５及び図６に示された）クラスタシステム又はＤＡＳシステムのように、すべての時間及び周波数に共通の固定のアンテナアクティブ化パターン、さらには電力マスクを有する静的なシステムは、アンテナを選択的にアクティブ化できるシステムほど効率的ではない。
【００３９】
[0039]本発明の実施形態は、基地局（又はアンテナ位置）が、こうしたパターンを作成するのに使用できるアンテナのプールを有することを前提とする。一般に、この動作のために、局は、それが自由に使える使用可能なアンテナを、静的システムよりも多く有し、静的システムでは、アクティブなアンテナの数は固定される。可変アンテナシステムでは、システム内の局は、いくつかの時間及び／又は周波数スロットで、静的システムよりも多いアクティブアンテナを有することも、少ないアクティブアンテナを有することもある。こうした時間及び／又は周波数では、非アクティブなアンテナは、単に電源が切られ、又はゼロ入力信号によって駆動される。しかし、周波数スロットごと及び／又は時間スロットごとに可変アンテナシステムは、平均して静的システムを超えないほどのアクティブアンテナで動作するようにすることができる。たとえば、図７のシステムは、図４、図５及び図６と同じ数のクラスタ当たりのＨｚ当たりアクティブアンテナ数を有する。実際には、可変アクティブ化システムで見られる伝送効率に関する利点は実際に、先行技術システムより少ないＨｚ当たりアクティブアンテナを使用するが、こうしたシステムと類似の、又はそれより優れた性能をシステムが達成することを可能にする。これは、システムが必要とするチャネルパイロットの数など、システムオーバヘッドのさらなる電力利益及び利点を有することができる。
【００４０】
[0040]以下の記述では、本発明についてのより完全な説明を提供するために数々の詳細が示されている。しかし、本発明は、これらの具体的な詳細なしに実施できることが当業者には明らかであろう。他の場合では、本発明を分かり難くしないために、よく知られている構造及びデバイスは、詳細にではなくブロック図の形で示されている。
【００４１】
[0041]後述の詳細な説明の一部は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する操作のアルゴリズム及び記号表現に関して提示されている。これらのアルゴリズムに関する記述及び表現は、データ処理分野の当業者によって、その仕事の内容を他の当業者に最も有効に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、本明細書では、また一般には、所望の結果をもたらす自己一貫性のある一連のステップと考えられる。諸ステップは、物理量の物理的な操作を必要とするステップである。必ずしも必要でないが、通常、これらの量は、格納され、転送され、組み合わされ、比較され、他の方法で操作することができる電気的又は磁気的信号の形を取る。主として一般的に使用するために、これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数字などと呼ぶことが時として好都合であることが分かっている。
【００４２】
[0042]しかし、これらの及び類似の用語はすべて、適切な物理量と関連付けられるものであり、これらの量に適用された便宜的なラベルにすぎないことに留意されたい。下記の議論から明らかであるように、他に特に述べられていない限り、「処理する（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「コンピュータ処理する（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「計算する（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」又は「表示する（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」などの用語を使用した議論は、説明全体を通して、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理（電子）量として表されたデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ、或いは他のこうした情報記憶、伝送又は表示デバイス内の物理量として同様に表された他のデータに変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピューティング装置のアクション及びプロセスを指すことが理解されよう。
【００４３】
[0043]本発明は、本明細書の操作を実施するための装置にも関する。この装置は、必要な目的のために特別に構築することができ、或いはこの装置は、コンピュータ内に格納されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化され又は再構成された汎用コンピュータを備えてもよい。こうしたコンピュータプログラムは、それだけに限らないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ及び光磁気ディスクを含めて任意のタイプのディスク、読取り専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、或いは電子命令を格納するのに適しており、それぞれがコンピュータシステムバスに結合された任意のタイプの媒体など、コンピュータ読取り可能記憶媒体に格納されてもよい。
【００４４】
[0044]本明細書に提示されたアルゴリズム及び表示は、どんな特定のコンピュータ又は他の装置にも本質的に関係がない。本明細書の教示によるプログラムと共に様々な汎用システムを使用することができ、或いは必要な方法ステップを実施するようにより専門化された装置を構築することが好都合であると分かり得る。様々なこれらのシステムに必要な構造が、下記の説明から明らかになろう。さらに、本発明は、特定のプログラミング言語に関して述べられていない。本明細書に述べられた本発明の教示を実施するために、様々なプログラミング言語が使用されてもよいことが理解されよう。
【００４５】
[0045]マシン読取り可能媒体は、マシン（たとえばコンピュータ）によって読取り可能な形で情報を格納又は送信するための任意の機構を含む。たとえば、マシン読取り可能媒体には、読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなどが含まれる。
【００４６】
概要
[0046]本明細書に述べられた１つの革新は、可変の意図的で注意深く選択された、基地局又はアンテナ位置に渡るアクティブアンテナパターンを使用することである。このパターンは、知られている方法で、時間及び／又は周波数、或いは送信リソースのいずれかの単位に渡って変更される。一実施形態では、このパターンに関連して、各パターン内のアンテナ当たり電力パターンも存在してもよい。
【００４７】
[0047]一実施形態では、パターンは、以下の２つの主な効果を達成するように意図的に選ばれる。調整型基地局のクラスタ又は調整型アンテナの間の干渉のバランスを取ること、及び時間／周波数スロット上で基地局によって放射される電力レベルを、その時間／周波数上でアクティブなアンテナの数に効率的に一致させ、またその逆を行うこと。この一致は、地理的領域の各領域で局所的に動作する正味無線能力機能の大きい値を達成しようとするために行われ得る。こうした電力値及びアンテナ値はそれぞれによって、最終的には容量のｌｏｇ（）内係数となる電力項と、アンテナ数などｐｒｅ−ｌｏｇ項のバランスが取られる。
【００４８】
[0048]実装は、単純明快であってよい。それぞれの局は、所与の１つ又は複数の周波数上の各アンテナを選択的且つ有効にアクティブ化又は非アクティブ化するコントローラを有する。アンテナの非アクティブ化は、アンテナをゼロ入力信号で駆動し、又はアンテナを完全に停止することによって行うことができる。一実施形態では、それぞれの局が、すべての時間及び周波数に渡るアクティブ化パターンによって定義された動作に従うのに十分な数のアンテナを備えている。その反対に、パターンは、各局上の潜在的に使用可能なアンテナの数に一致するように選ばれる。
【００４９】
[0049]一実施形態では、動作は、いつ、どの周波数及び／又は時間でアンテナがアクティブであるか示す表によって指定される。各時間及び／又は周波数上で各アンテナでどれほどの電力を使用できるか示す表も存在してもよい。
【００５０】
[0050]一実施形態では、実施された電力割当ては、合計電力の制約に従ってもよい。たとえば、Ｍ１＝３のアンテナがあり、これらのアンテナの平均で１アンテナ当たりＰ１電力を望む場合には、このシステムは、Ｍ１＝３アンテナのグループが、（指定された時間又は周波数上で）それらのアンテナ全体でＭ１×Ｐ１電力より多くを放射しないことに従うことを保証するように選んでもよい。
【００５１】
[0051]さらに、所与の時間又は周波数スロット上のシステムの所与の任意の構成について、物理層は、それが任意のアンテナパターン、又は任意の静的又は既存のシステムと同様に動作することができる。上記の設定を考慮して、こうした動作が当業者には明らかであろう。唯一の変更は、システムが、こうした変更が存在することを知っており、それぞれ異なる時間に及び／又は周波数スロットでシステムがどのユーザにサービスするかについてより選択的になり得るということである。
【００５２】
[0052]下記は、アクティブ化パターン及び電力パターンを有効な方法でどのように選ぶべきか、並びに上述された２つの効果のそれぞれについて、どのようにしてそうすべきかについて述べられる。
【００５３】
（第１の効果）
[0053]第１の効果は、それぞれのパターンがアクティブアンテナの数及び位置を示す、補足的なアクティブ化パターンを有することによって達成される。パターンは、局の各クラスタが各パターンを時間及び／又は周波数に渡って規則的に見るような方法で作成され、割り当てられる。たとえば、下記の表６では、２つのパターンがあり、そのそれぞれが、３つの局のクラスタに適応される。
パターン１＝［１，７，１］アクティブアンテナ
パターン２＝［３，３，３］アクティブアンテナ
第１のパターンは、信号電力及びアンテナアクティブ化（したがって容量）をクラスタの中心に集中させる。これは、こうしたパターンを使用するクラスタが、隣接したクラスタに対して有する（に放射する）干渉を減少させる目標をも有する。第２のパターンは、クラスタ全体に渡る信号エネルギー及びアンテナ分散を向上させようとする。しかし、クラスタのエッジにより多くのリソースを置くことによって、こうしたパターンを使用するクラスタは、隣接したクラスタ内により多くの干渉を潜在的に放射する。したがって、パターン１を使用することによって、このシステムは、他のクラスタのユーザによって見られる干渉項（ＳＩＮＲ内）に影響を及ぼすことを意図し、パターン２の使用によってシステムは、ユーザがそれ自体のクラスタ内に見る信号項（ＳＩＮＲ内）に影響を及ぼすことを意図する。
【表６】
0005653422.tif 000009
【００５４】
[0054]クラスタの１次元レイアウトでは、一部のクラスタに良好な干渉バランス、及び他のクラスタに良好な信号分散を達成するよい方法は、上記の表６のようなパターンを交互にすることであり、偶数番号のクラスタがパターン２、奇数番号のクラスタがパターン１となる。しかし、これは、奇数クラスタ対偶数クラスタの性能の歪みをもたらすので、十分ではない。
【００５５】
[0055]このシステムで公平なバランスを可能にする、すなわちすべてのクラスタに良好な干渉バランス、及びすべてのクラスタに良好な信号分散を可能にする１つの方法は、別の時間又は周波数スロット上で逆の割当てを使用することであり、偶数番号のクラスタがパターン１、奇数番号のクラスタがパターン２となる。これは、パターンが規則的な（補足的な）方法で周波数と共に変化する、上記の表６に示されている。
【００５６】
[0056]２次元トポロジでは、この原理に基づいたパターン及び割当ての対応物が当業者には明らかであろう。たとえば、２Ｄでは、３つの基本パターンを使用し、図１の周波数再利用３パターンに類似の（しかし、セルが、たとえばＣ＝７セルの協調型クラスタで置き換えられる）パターンで２Ｄクラスタに基本パターンを割り当てることができる。
【００５７】
[0057]本発明の別の実施形態では、可変アンテナアクティブ化は、図５の重複クラスタ戦略と組み合わされる。この重複戦略については、２００９年８月１０日に出願された米国特許出願第１２／５３８７２９号、「Ａ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｉｎ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｅｌｌ  ｏｒ  Ｍｕｌｔｉ−Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」に記載されている。両方の手法の組合せは、図８に示されている。これは、クラスタだけでなく、各基地局のまわりの局所領域も事実上すべてのパターンを見る、両方の手法の利点の結合を可能にする。ここで、システム内の各「コントローラ」は、所与の周波数上でその所与のパターンを実施することができる。こうした「コントローラ」のサブセットは、単一のエンティティの一部とすることもでき、したがって、それぞれ異なる時間及び／又は周波数上のそれぞれ異なるアンテナを必要に応じて制御し調整する。
【００５８】
[0058]この場合もやはり、周波数割当てに関して述べられているが、すべてのこうした実施形態は、時間、及び／又は時間と周波数に渡る割当てパターンに一般化することができる。こうした実施形態は、「送信リソース」の任意の単位に渡って存在するパターンに一般化することができる。実施形態をＣ＝１のケースに一般化することもでき、このケースでは、アクティブアンテナのパターンは、送信リソースについてその局のアクティブアンテナの数を示す単純に単一の数字である。
【００５９】
（第２の効果）
[0059]上記の論理（システムの動作の成功）では、局上により少ないアクティブアンテナがある場合、その局からの電力放射が小さくなり、したがって、その局と一緒に信号を送らない他のクラスタ又はセルに対して放射される干渉が小さくなるという暗黙の仮定がある。
【００６０】
[0060]こうした仮定は、たとえば、システムが周波数当たり（又は時間当たり）のアクティブアンテナ当たり固定の電力割当てを有するケースに当てはまる。たとえば、周波数（たとえば周波数１）上で、局上にＭ＝５のアクティブアンテナがあり、別の周波数（たとえば周波数２）上で、同じ局がＭ＝１のアクティブアンテナを使用する場合、周波数１上で局が周波数２の５倍の電力を放射するという結果になる。
【００６１】
[0061]しかし、上記の戦略は諸実施形態の１つの形としてかなりよく機能するが、これはそうである必要がない。これは、以下の解析に示されている。
【００６２】
[0062]別の実施形態は、アクティブアンテナの数に加えて、各パターンの各アンテナについてアンテナ割当て当たりの相対電力を有する。こうした１つの例は、下記の表７に示されている。ここで、パターン
［１，７，１］アクティブアンテナ
を使用する場合、（相対）電力割当ては、
［１／２，８／７，１／２］である。
これは、中間の７つのアンテナが、２つのクラスタエッジのアンテナより、比例的により多くアンテナ当たり電力を使用していることを意味する。別の例は、電力割当て
［２，５／７，２］を使用することである。
これは、中間の７つのアンテナが、２つのクラスタエッジのアンテナより、比例的により少ない電力を使用していることを意味する。
【表７】
0005653422.tif 000010
【００６３】
[0063]アクティブアンテナ当たりの不等電力は、このクラスタ及び隣接したクラスタでユーザによって見られた干渉のレベルに応じた利点を有することができ、それは、ｌｏｇ（）内の項に影響を及ぼす。このレベルは、放射された電力、距離、経路損失指数などに依存する。こうした干渉の計算は、当業者にはよく知られているものである。最良の電力パターンの発見は、すべての可能なパターンの空間に渡る複数のパターンの細かいサンプリングによって決定され得る。
【００６４】
[0064]アンテナ当たり電力をどのように選択できるかの一例として、図９のようないくつかの代表的なユーザを伴うシステムの動作について考慮されたい。図９を参照すると、動作において、周波数のうちの１つだけに焦点が当てられており、局１は１つのアクティブアンテナ、局２は７つのアクティブアンテナ、局３は、１つのアクティブアンテナを有する。下記の解析は、３つのユーザを考慮することによって簡略化されているが、解析は、より多くのユーザに一般化される。
【００６５】
[0065]このクラスタ内にない（クラスタ１内にない）局（及び局のアンテナ）への電力割当てが知られていると仮定する。これにより、この周波数上で一部の代表ユーザ、たとえばユーザ（ａ）、ユーザ（ｂ）及びユーザ（ｃ）に見られた名目干渉を計算（又は推定）することができる。本明細書の目的のため、これらの干渉レベルは、ｉｎｔ（ａ）、ｉｎｔ（ｂ）及びｉｎｔ（ｃ）と呼ばれる。クラスタ外部の局に関する正確な計算又は確かな仮定なしに、ｉｎｔ（ａ）、ｉｎｔ（ｂ）及びｉｎｔ（ｃ）の妥当な値を仮定することもできる。
【００６６】
[0066]次に、下記を仮定する。
ｉ）ユーザ、ユーザ（ａ）は、主として局１から放射された電力によるサービスを受ける。ｉｉ）ユーザ、ユーザ（ｂ）は、主として局２から放射された電力によるサービスを受ける。ｉｉｉ）ユーザ、ユーザ（ｃ）は、主として局３から放射された電力によるサービスを受ける。
【００６７】
[0067]協調型システムでは、任意のユーザへのシグナリングは、クラスタ内のすべての局から起こることがある（しばしば起こらなければならない）が、上記に言及された単純化を使用することができ、この単純化は、局１がユーザ（ａ）だけにサービスし、局２がユーザ（ｂ）だけにサービスし、局３がユーザ（ｃ）だけにサービスすると仮定して、ユーザに一緒にサービスする際に存在するより小さい交差項を、それらが小さく、干渉制御のために正確に制御されると見なして無視する。換言すると、たとえば局１からユーザ（ｂ）への有効信号エネルギーは第１次では、以下の解析において無視してもよいと見なされる。
【００６８】
[0068]３人のユーザだけが示されているが、システム内には多くのさらなるユーザがいると仮定する。実際、本当に必要なことは、干渉レベルをユーザに、すなわちレベルを（干渉に関して）等価のユーザ位置を有するユーザの数に結び付けることである。干渉レベルｉｎｔ（ａ）を有するユーザ（ａ）などのユーザは、この周波数上で、（非常に概算的に）
【数３】
0005653422.tif 000011
の式の総レートのサービスを受けることができる。
但し、Ｍ１は、局１上のアンテナの数（Ｍ１＝１）、Ｐ１は、この周波数上の局１のアンテナ当たり電力である（ユーザへの経路損失が１であると仮定して、経路損失を数式に追加できるが、簡単にするために、ここではそれは無視される）。ここで、Ｍ１個のアンテナで、Ｍ１人のユーザにサービスできると仮定する。これは、多くのＭＵ−ＭＩＭＯシグナリング方式に基づく適切な仮定である。
【００６９】
[0069]同様に、干渉レベルｉｎｔ（ｂ）を有するユーザ（ｂ）などのユーザは、この周波数上で、（非常に概算的に）
【数４】
0005653422.tif 000012
の式の総レートのサービスを受けることができる。
但し、Ｍ２は、局２上のアンテナの数（Ｍ２＝７）、Ｐ２は、この周波数上の局２のアンテナ当たり電力である。
【００７０】
[0070]同様に、干渉レベルｉｎｔ（ｃ）を有するユーザ（ｃ）などのユーザは、この周波数上で、（非常に概算的に）
【数５】
0005653422.tif 000013
の式の総レートのサービスを受けることができる。
但し、Ｍ３は、局３上のアンテナの数（Ｍ３＝１）、Ｐ３は、この周波数上の局３のアンテナ当たり電力である。
【００７１】
[0071]上記数式は、サービスを受けるユーザの数は局所的に、上記合計と同様にアクティブアンテナの局所的な数、すなわちＭ１、Ｍ２、Ｍ３に比例し、但し、合計内の項は、名目のユーザ当たりレートを表すと仮定する。これはよくあることであり、ＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおいて妥当な仮定である。
【００７２】
[0072]クラスタ全体に渡る公平なレート分散を最大化するために、こうしたレートの一部の関数を最大化することができる。こうした１つの基準は、以下の式で与えられるｓｕｍ  ｌｏｇ（ユーザ当たりレート）である。
Ｍ１×ｌｏｇ２（ｌｏｇ２（１＋Ｐ１／（１＋ｉｎｔ（ａ）））＋
Ｍ２×ｌｏｇ２（ｌｏｇ２（１＋Ｐ２／（２＋ｉｎｔ（ｂ）））＋
Ｍ３×ｌｏｇ２（ｌｏｇ２（１＋Ｐ３／（１＋ｉｎｔ（ｃ）））
そうするために、所与のＭ１、Ｍ２、Ｍ３について、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が選択される。これは、クラスタ全体に渡って放射された総電力、たとえば（Ｍ１×Ｐ１）＋（Ｍ２×Ｐ２）＋（Ｍ３×Ｐ３）＝９への（相対的な）制約を考慮することによって行われる。
値９は、一例にすぎない。値は実際には、この周波数でクラスタに割り当てられた総エネルギー（電力）に結び付けられる。
【００７３】
[0073]乗数「λ」を使用した制約に関するｓｕｍ  ｌｏｇレートのラグランジュ最適化を使用すると、上記の最適化は、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３が下記の方法で関連付けられることを示唆している。
ｌｏｇ２（１＋Ｐ１／（１＋ｉｎｔ（ａ）））（１＋Ｐ１／（１＋ｉｎｔ（ａ））（１＋ｉｎｔ（ａ））＝λ
ｌｏｇ２（１＋Ｐ２／（１＋ｉｎｔ（ｂ）））（１＋Ｐ２／（１＋ｉｎｔ（ｂ））（１＋ｉｎｔ（ｂ））＝λ
ｌｏｇ２（１＋Ｐ２／（１＋ｉｎｔ（ｃ）））（１＋Ｐ３／（１＋ｉｎｔ（ｃ））（１＋ｉｎｔ（ｃ））＝λ
この式で、λは、エネルギー（電力）制約を満たすように選ばれる。
【００７４】
[0074]この式で、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、ｉｎｔ（ａ）、ｉｎｔ（ｂ）、ｉｎｔ（ｃ）が与えられれば、適切なλを用いてＰ１、Ｐ２、Ｐ３について解くことができる。この解は、類似の信号及び干渉項を有するユーザをユーザ（ａ）、ユーザ（ｂ）及びユーザ（ｃ）と見なして、システムのｓｕｍ  ｌｏｇ（ユーザ当たりレート）を（ほぼ）最大にするアンテナ当たりの電力割当てである。
【００７５】
[0075]このケースの例示的な１つの解、ｉｎｔ（ａ）＝ｉｎｔ（ｂ）＝ｉｎｔ（ｃ）は実際には、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３である。すなわち、上記の表５に示されたように、アンテナ当たり電力は、すべての位置で同じである。
【００７６】
[0076]一般にそうであるが、ｉｎｔ（ａ）≠ｉｎｔ（ｂ）≠ｉｎｔ（ｃ）の場合、Ｐ１≠Ｐ２≠Ｐ３であり、アンテナ当たり電力が不等であることにより、目標基準を向上させることができる。この例（及び上記計算）は、一般に、等しいアンテナ当たり電力をもたないことによって何かが得られることを示している。これは、たとえば上記の表７によって述べられたように、追加の電力マップを有する一実施形態をもたらす。
【００７７】
[0077]別の実施形態では、相対電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が（たとえば等しいと）知られており、このシステムは、設定により、「Ｃ」をアンテナ位置の数、「Ｍ」を位置当たり平均アンテナ数として、
Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝Ｃ．Ｍ
など、何らかの制約下で干渉レベルｉｎｔ（ａ）＝α、ｉｎｔ（ｂ）＝β、及びｉｎｔ（ｃ）＝γを達成する（又はＭ１、Ｍ２及びＭ３が整数であることに制限されるので、できるだけ近似する）ようにＭ１、Ｍ２及びＭ３を決定するよう設計される。
【００７８】
[0078]当業者は、図９のシステムについて考慮し、すべての奇数クラスタが同じアンテナパターン［Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３］を有しており、すべての偶数クラスタが同じアンテナパターン［Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６］を有すると仮定し、Ｐ１＝Ｐ２＝Ｐ３が与えられれば、結果のｉｎｔ（ａ）、ｉｎｔ（ｂ）及びｉｎｔ（ｃ）が計算され、次いで、所望の目標干渉レベル、α、β及びγに近い値を達成するようにＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６を設定することができる。解は、偶数クラスタに、たとえばクラスタ２のユーザ「ｄ」、「ｅ」及び「ｆ」についても目標干渉レベルがない限り、必ずしも一意とは限らない。もちろんこれは、容易に追加することができる。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５及びＭ６が有限集合に値を取るので、良い組合せを網羅的に探索して、上述されたように各々の第１次容量推定を評価することができる。
【００７９】
[0079]このシステムは、Ｍ１、Ｍ２及びＭ３の解をとり、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を調整し、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…などの選択肢が与えられるならば、さらに良好な結合解まで繰り返すことによって、さらに洗練させることができる。
【００８０】
[0080]しかし、Ｍ１，…，Ｍ６及びＰ１，…，Ｐ６のいくつかの妥当な選択肢がある場合でも、上記最適化を考慮せずに、単純にＭ１＝Ｍ２＝…＝Ｍ６＝Ｍ、すなわち局当たりアクティブアンテナがすべて同じであり、またＰ１＝Ｐ２＝…＝Ｐ６＝Ｐ、アンテナ当たり電力がすべて同じであるときの性能に比べて向上するアンテナ割当て及び電力の選択肢を（上述の原理を用いて）見つけることができる。
【００８１】
[0081]アンテナアクティブ化及び電力パターンへの適応変化について考慮してもよいことに留意されたい。たとえば、システム内のアクティブユーザ分布の変化に伴い、上記の数式の変更について考慮することもできる。たとえば、図９で局１の下に２倍多くのユーザがいる場合、上記数式は、第２のユーザ（ａ）を数式に含め、新しい電力及びアンテナパターンについて解くことによって修正することができる。したがって、パターンは、ユーザ分布の変化及びネットワーク内の他の変化によって適応的に影響を受けることがある。
【００８２】
[0082]協調型クラスタについての考えがやはり成り立つように、恐らくいくつかの局がアクティブであり、具体的には少なくとも１つのクラスタについて少なくとも２つの局がアクティブである協調型クラスタ全体に渡る電力及びアクティブ化パターンについて考慮することもできる。こうした１つの例が表８に示されており、この表８では、クラスタが４つのセルを含んでおり、各クラスタ内で２つのサイトだけがアクティブである。
【表８】
0005653422.tif 000014
【００８３】
[0083]要するに、上記は、下記を含めて、いくつかの技術について述べている。
１．各局がプール又は使用可能なアンテナを有するが、割当てだけに従ってアンテナをアクティブ化する、周波数及び／又は時間（又は任意の送信リソース単位）に渡る各局へのアクティブアンテナの可変割当ての概念。このプロセスの一実施形態のフローチャートが、図１０に示されている。
２．たとえば一部がクラスタ（又はセル）の中心に向かってより多くのアンテナを置き、一部が空間全体に渡ってより一様にアンテナを置く、一般的なタイプのいくつかの割当て／アクティブ化パターンであり、パターンは、干渉目標を達成するために、送信リソースに全体に渡って補足的な方法で配布される。
３．目標レート又は干渉レベルを達成するためにアンテナの数を選ぶことによってこうしたパターンを最適化する方法。
４．各割当て（並びに時間及び／又は周波数）において各アンテナのアンテナレベル当たり電力をも関連付ける方法。
５．目標レート又は干渉レベルを達成するようにこうした電力レベルを最適化する方法。
【００８４】
（アンテナ単一ポート調整）
[0084]図１１Ａ及び１１Ｂは、コントローラがアンテナグループを駆動するための２つの技法を示している。これらは、２つの例にすぎず、本明細書に述べられた諸実施形態と共に使用されてもよいアンテナを制御する他のよく知られている方法があることに留意されたい。
【００８５】
[0085]図１１Ａを参照すると、コントローラ１１０１が、１つのアンテナポートを介して複数の帯域で信号を駆動している。すなわち、コントローラ１１０１は、単一ポートを使用して、３つの異なる帯域上で３つのアンテナを駆動する。信号は、複数のアンテナによって受信され、アンテナはそれぞれ、信号の異なる帯域をフィルタリングし、すなわち３つの帯域のうちの１つだけを通過させる帯域通過フィルタ、Ｂｆ１、Ｂｆ２、Ｂｆ３で示されたフィルタを有する。フィルタは、フィルタに関する情報をコントローラ１１０１に提供するアンテナ調整器によって定義することができる。それぞれのフィルタは、その対応するアンテナを駆動する帯域を通過する。こうした帯域が重複しない場合は、それぞれ異なるアンテナがそれぞれ異なる周波数上でアクティブであるという暗黙の結果が生じる。一部の帯域が重複する場合は、複数のアンテナが、そのそれぞれのフィルタの帯域が重複するときにアクティブになり得る。フィルタは、利得を含むこともでき、次いで、この利得は、アンテナを駆動する相対的な電力レベルを直接指定する。３つのアンテナしか示されていないが、より多いアンテナがあっても、より少ないアンテナがあってもよいことに留意されたい。また、アンテナは、同じ局にあっても、それぞれ異なる局にあってもよい。
【００８６】
[0086]図１１Ｂは、複数のアンテナが単一ポートを介してコントローラ１１０２によって駆動される代替の構成である。しかし、この場合、それぞれ異なるアンテナをそれぞれ異なるときに駆動させるためにタイムスイッチ１１０３が使用される。アンテナ調整器は、スイッチの開閉時を通知する情報及び／又は信号を提供する。
【００８７】
[0087]図１１Ｃは、フィルタを定義するそれぞれ別個のアンテナ調整器と共に、２つの別個のコントローラによって共有された物理的なアンテナを示しており、このアンテナ調整器のうちの２つが、共有の物理的なアンテナを駆動するために使用される。
【００８８】
[0088]図１２は、アンテナパターン及び電力パターンが各協調型クラスタ上で実施されることを示しており、こうしたクラスタ定義自体が、時間及び／又は周波数において変化することがある。各こうしたクラスタについて、毎時（たとえば時間スロットｔ）及び周波数で、アンテナパターン及び電力割当てが、ユーザにサービスするために実施される。具体的には、図１２に示されるように、各クラスタについて、コントローラが、必要に応じてこのクラスタ内の１つ又は複数のアンテナを選択的にアクティブ化し、必要に応じて各アンテナのアンテナ当たりの電力を確認し、電力割当てが与えられたアクティブアンテナセットを使用して、ユーザをスケジューリングし、ユーザにサービスする。こうしたパターン及び割当ては、事前に決定することができる。これによって、各々クラスタのコントローラは、知られている所定の方法で図１０の方式を単純に実施することができる。パターン及び割当てが適応可能である場合、こうした適応は、各クラスタコントローラで使用される割当てを伝達するエンティティによって決定される。
【００８９】
[0089]上記説明を読んだ後、当業者には本発明の多くの変更及び修正がもちろん明らかになろうが、例示するために示され述べられたどんな特定の実施形態も、限定的と見なされるものでは決してないことを理解されたい。したがって、様々な実施形態の詳細への言及は、特許請求の範囲を限定するためのものではなく、この特許請求の範囲自体は、本発明にとって不可欠と見なされた特徴だけを列挙している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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